[發明專利]一種5G通信用微波介質陶瓷材料及其制備方法

有效

• 申請號: 202211332728.5
• 申請日: 2022-10-28
• 公開（公告）號: CN115650713B
• 公開（公告）日: 2023-08-08
• 發明（設計）人: 毛敏敏;倪濤;宋開新
• 申請（專利權）人: 杭州電子科技大學
• 主分類號: C04B35/20
• 分類號: C04B35/20;C04B35/622
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

本發明提供了一種5G通信用微波介質陶瓷材料及其制備方法，涉及無線移動通訊與射頻電子電路系統用電子陶瓷元器件與材料技術領域。本發明提供的微波介質陶瓷材料的配方表達式為：Mgsubgt;1?x/subgt;Cusubgt;x/subgt;SiOsubgt;3/subgt;，其中0＜x≤0.25。其介電常數為3.3～6.4，介電損耗為0.0001～0.003@10GHz，諧振頻率溫度系數為?55～?33ppm/℃，可應用于5G通信領域。其制備方法主要包括：配料、一次球磨、預燒、二次球磨、烘干、造粒、成型、排膠和燒結。本發明通過形成固溶體的方法，改善了MgSiOsubgt;3/subgt;微波介質陶瓷燒結易開裂、粉化的現象，拓寬了致密化燒結溫度區間，具有重要的工業應用價值。

技術領域

本發明屬于微波介質陶瓷技術領域，具體涉及一種5G通信用微波介質陶瓷材料及其制備方法。

背景技術

微波介質陶瓷(MWDC)是與微波通訊緊密相關的新型功能介質材料，被廣泛應用于基站通信、衛星定位、物聯網等領域。近年來，5G通信快速發展，鑒于5G通信頻率高、延遲低、速度快等特點，這就要求微波介質陶瓷具有較低的介電常數和介電損耗。

目前常用的低介電常數微波介質陶瓷材料有石榴石(Mg₃Y₂Ge₃O₁₂)、鎂橄欖石(Mg₂SiO₄)、頑輝石(MgSiO₃)、堇青石(Mg₂Al₄Si₅O₁₈)等。其中，MgSiO₃具有較低的介電常數和介電損耗，它的原料來源十分廣泛并且成本低廉，無毒無害，對環境友好，適用于工業大批量生產，以上優點使其具有良好的應用前景。但是MgSiO₃陶瓷的制備存在困難，陶瓷燒結及使用過程中容易出現粉化、開裂等老化現象，且燒結溫度區間窄，難以控制最佳燒結條件，這將嚴重影響陶瓷的微波介電性能，從而大大限制其實際應用。以上問題是由于MgSiO₃具有4種不同的晶體結構，分別為正交原頑火輝石(proto-enstatite，Pbcn)、正交頑火輝石(enstatite，Pbca)、低溫單斜頑火輝石(low-clino-enstatite，P21/c)和高溫單斜頑火輝石(high-clino-enstatite，C2/c)，不同晶型之間發生的相轉變會產生體積變化以及內應力。現有研究表明通過引入足夠的玻璃相能夠抑制這種轉變，然而玻璃相的引入會導致其微波介電性能的惡化。因此限制MgSiO₃陶瓷實際應用的上述問題還沒有得到很好解決。

發明內容

為解決現有技術中MgSiO₃微波介質陶瓷燒結易粉化、開裂以及燒結溫度區間窄的問題，本發明著眼于通過形成固溶體的方法，嘗試用適量的其他離子取代鎂離子，改善其燒結特性，最終找到一種可應用于5G通信領域的微波介質陶瓷材料及其制備方法。

本發明的5G通信用微波介質陶瓷材料，它的配方表達式為Mg_1-xCu_xSiO₃，其中0＜x≤0.25。

本發明的5G通信用微波介質陶瓷材料可以用下述制備方法獲得，具體包括以下步驟：

(1)以MgO、CuO和SiO₂為原料，將所述原料按照配方表達式比例用濕法球磨混合均勻；

(2)將球磨后的原料進行烘干、研磨、過篩和預燒，并對預燒后的粉末進行二次球磨；

(3)將二次球磨后烘干的粉料進行造粒、過篩、壓片，最后進行燒結，得到所述微波介質陶瓷。

優選地，所述步驟(1)中，所述MgO、CuO和SiO₂的預設純度均大于99.9％，MgO需在稱量之前進行900℃煅燒2小時的預處理。